Individuata la più grande stella di neutroni, così massiccia da essere ai limiti della possibilità di esistere

Per misurare la massa di questa stella di neutroni, gli astronomi hanno potuto utilizzare una stella nana bianca sua compagna attraverso un fenomeno noto come "ritardo di Shapiro".

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Un nuovo studio dichiara l’identificazione della stella di neutroni più massiccia mai scoperta, talmente grande che non dovrebbe nemmeno esistere.

Le stelle di neutroni, come i buchi neri, sono quanto resta di stelle morte in quelle esplosioni catastrofiche che sono note note come supernova. Quando una stella evolve in una supernova, il suo nucleo collassa sotto la sua stessa attrazione gravitazionale. Se questo residuo è abbastanza massiccio, può formare un buco nero, un oggetto dalla gravità così forte che nemmeno la luce riesce a sfuggirgli. Un nucleo meno massiccio formerà una stella di neutroni, così chiamata perché la sua gravità è abbastanza forte da schiacciare i protoni insieme agli elettroni per formare neutroni.

Le stelle di neutroni sono tanto misteriose quanto affascinanti“, ha scritto in una nota l’autore principale dello studio Thankful Cromartie, dell’Università della Virginia e dell’Osservatorio nazionale di radioastronomia, di Charlottesville, in Virginia . “Questi oggetti delle dimensioni di una città sono essenzialmente nuclei atomici giganteschi“.

Le stelle di neutroni sono generalmente piccole, con un diametro intorno ai 19 chilometri ma sono straordinariamente dense. La massa di una stella di neutroni spesso è vicina a quella del sole; se prelevassimo un cucchiano da zucchero di materiale dal nucleo di una una stella di neutroni, la sua massa sarebbe di circa 100 milioni di tonnellate, più o meno equivalente alla massa dell’intera popolazione umana mondiale. Questo rende le stelle di neutroni gli oggetti più densi dell’universo, esclusi i buchi neri.

Sebbene gli scienziati abbiano studiato le stelle di neutroni per decenni, molti dei loro misteri rimangono irrisolti. Ad esempio, le incredibili pressioni trovate nelle stelle di neutroni spezzano i neutroni in una zuppa di particelle subatomiche ancora più piccole conosciute come quark? Qual è il punto di svolta dove la gravità vince sulla materia e forma un buco nero?

Queste stelle sono molto esotiche“, ha dichiarato in una nota separata la coautrice dello studio, Maura McLaughlin, della West Virginia University di Morgantown. “Non sappiamo davvero di cosa sono fatte e una domanda davvero importante è: ‘Quanto massiva può essere una di queste stelle?’ Ciò ha implicazioni importanti perché, semplicemente, non possiamo ricreare sulla Terra, in laboratorio, il materiale esotico da cui sono formate“.

La stella di neutroni appena misurata, chiamata J0740 + 6620, si trova a circa 4.600 anni luce dalla Terra. Racchiude 2,14 volte la massa del sole in una sfera di circa 25 chilometri di diametro. Si tratta di una massa molto prossima ai limiti teorici di quanto un singolo oggetto possa diventare massiccio e compatto senza diventare, sotto la forza della sua stessa attrazione gravitazionale, un buco nero.

Le stelle di neutroni hanno questo punto di svolta in cui le loro densità interne diventano così estreme che la forza di gravità travolge persino la capacità dei neutroni di resistere a un ulteriore collasso“, ha dichiarato il co-autore Scott Ransom, astronomo del National Radio Astronomy Observatory. “Ogni volta che troviamo una stella di neutroni più massiccia ci avviciniamo di un altro passo all’identificazione di quel punto di non ritorno e ci aiuta a comprendere la fisica della materia a queste densità da capogiro“.

Questa illustrazione mostra come l’impulso della massiccia stella di neutroni J0740 + 6620 sia stato ritardato da una stella nana bianca che passa tra la stella di neutroni e la Terra. (Credito immagine: B. Saxton / NRAO / AUI / NSF)

J0740 + 6620 è un tipo di stella di neutroni rotante nota come pulsar. Le pulsar emettono raggi gemelli di onde radio dai loro poli magnetici, che lampeggiano come fari, da qui il loro nome, che è l’abbreviazione di “stella pulsante“. In particolare, J0740 + 6620 è un tipo di pulsar noto come pulsar millisecondo, che ruota su sé stessa centinaia di volte al secondo.

Gli astronomi hanno misurato la massa di questa pulsar attraverso un fenomeno noto come “ritardo di Shapiro“. In sostanza, la gravità della sua compagna, una nana bianca, una piccola stella densa che orbita attorno alla stella di neutroni, deforma il tessuto dello spazio e del tempo intorno a sé stessa in misura proporzionale alla sua massa. Queste distorsioni nello spazio-tempo ritardano gli impulsi della pulsar di decine di milionesimi di secondo quando passa dietro la nana bianca dal punto di vista della Terra. Gli astronomi possono misurare questi ritardi per calcolare la massa della nana bianca. Analizzando il modo in cui la pulsar e la nana bianca orbitano l’una attorno all’altra, i ricercatori possono stimare la massa della pulsar.

Questa scoperta è stata una fortunata conseguenza di osservazioni di routine effettuate come parte di una ricerca delle increspature invisibili nello spazio-tempo conosciute come onde gravitazionali usando il Green Bank Telescope in West Virginia, ha spiegato McLaughlin. Al Green Bank, stiamo cercando di rilevare le onde gravitazionali emesse dalle pulsar“, ha detto. “Per fare ciò, dobbiamo osservare molte pulsar millisecondo“.

Gli scienziati hanno dettagliato i loro risultati in uno studio pubblicato sulla rivista Nature Astronomy.